Fasa (P) Fasa (phase) dalam terminology/istilah dalam mikrostrukturnya adalah suatu daerah (region) yang berbeda struktur atau komposisinya dari daerah lain. Nurun Nayiroh, M.Si Fasa juga dapat didefinisikan sebagai setiap bagian sistem yang : a. homogen dan dipisahkan oleh batas yang jelas b. sifat fisik dan sifat kimia berbeda dari bagian sistem lain c. dapat dipisahkan secara mekanik dari bagian lain sistem itu Contoh sistem satu fasa : Dua cairan yang bercampur homogen sistem2 fasa: cairanpolar (misal air) dan non polar (misal :minyak), sistem belerang padat (monoklin dan rombik) sistem 3 fasa : es, uap air dan air; CaCO3 (s) CO2 (g) + CaO (s) MK:TRANSFORMASI FASA Komponen (C) Jumlah komponen suatu sistem dinyatakan sebagai jumlah minimum ruang kimia yang membentuk sistem tersebut yang dapat menentukan susunan setiap sistem fasa. Contoh : H2O (g) H2O (l ), jumlah komponen C = 1 N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH2 (g) jumlah komponen C = 3 untuk perbandingan mol N2 dan H2 1:3 jumlah komponen C = 2 bila perbandingan mol N2 : H2 = 1 : 3 Derajad Kebebasan (F) Derajad kebebasan (F) dari suatu sistem setimbang merupakan variabel intensif independen yang diperlukan untuk menyatakan keadaan sistem tersebut. Untuk menentukan derajad kebebasan dibutuhkan aturan fasa, yang disebut aturan fasa Gibbs. 1
Paduan adalah campuran bahan yang memiliki sifat-sifat logam terdiri dari dua atau lebih komponen dan sedikitnya satu komponen utamanya adalah logam. Paduan dalam keadaan padat ada tiga kemungkinan macam fasanya, yaitu: 1. Logam murni 2. Senyawa (compound) 3. Larutan padat (solid solution) Pada kondisi kesetimbangan suatu logam murni akan mengalami perubahan fasa pada suatu temperatur tertentu, perubahan fasa dari padat ke cair akan terjadi pada temperatur tertentu, dinamakan titik cair, dan perubahan ini berlangsung pada temperatur yang tetap hingga seluruh perubahan selesai. Lihat kurva pendinginan pada gambar 3.1. Demikan juga halnya dengan perubahan fase yang lain (bila ada), berlangsung pada suatu temperatur konstan tertentu. Gambar 3.1 Kurva Pendinginan Logam Murni Yaitu gabungan dari beberapa unsur dengan perbandingan tertentu yang tetap. Compound memiliki sifat dan struktur yang sama sekali berbeda dari unsur-unsur pembentuknya. Compound juga memiliki titik beku yang tetap seperti halnya pada logam murni. Ada tiga macam compound yang sering di jumpai yaitu intermatallic compound, interstitial compound, & electron compound 2
Intermetallic compound Biasanya terbentuk dari logam-logam yang sifat kimianya sangat berbeda dan kombinasinya mengikuti aturan valensi kimia. Ikatan atomnya sangat kuat (ionic atau covalent), sehingga sifatnya seperti non metal, keuletan rendah, konduktivitas listrik rendah, dan struktur kristalnya kompleks Contoh : CaSe, Mg 2 Pb, Mg 2 Sn, Cu 2 Se Interstitial compound Biasanya terbentuk dari logam logam transisi seperti Scandium atau Sc, Titanium, Ti, Tantalum(Ta), Wolfram (W), Besi(Fe), dengan Hydrogen (H), Oksigen(O), Carbon( C ), Boron (B), Nitrogrn(N). Kelima unsur ini (H, O, C, B, N) diameter atomnya sangat kecil sehingga dapat masuk ke dalam lattice (kisi) kristal logam di atas secara interstitials. Senyawa interstitials bersifat metallic, komposisi kimia mungkin dapat bervariasi dalam daerah yang sempit, titik leburnya tinggi, dan sangat keras. Contoh: Fe 3 C, TiC, TaC, W 2 C, Fe 4 N, CrN, TiH Electron compound Senyawa ini dapat terbentuk diantaranya logam-logam Tembaga(Cu), Emas(Au), Perak(Ag), Besi(Fe) dan Nikel(Ni) dengan logam-logam Cadmium (Ca), Magnesium(Mg), Timah Putih(Sn), Seng (Zn), dan Alumunium(Al). Senyawa ini terjadi sedemikian rupa sehingga mendekati perbandingan jumlah-elektron-valensi dengan jumlah -atom yang tertentu. Contohnya : Suatu larutan terdiri dari solute (terlarut) dan solvent (pelarut). Solute merupakan bagian yang sedikit sedangkan solvent merupakan bagian yang banyak. Ada tiga kondisi larutan yaitu : 1. Larutan tidak jenuh (unsaturated) Bila jumlah solute yang terlarut masih lebih sedikit bila dibandingkan solventnya pada temperature dan tekanan tertentu. 2. Larutan jenuh (saturated) Bila solute yang terlarut tepat mencapai batas kelarutannya dalam solvent 3. Larutan lewat jenuh (Supersaturated) Bila solute yang terlarut melewati batas kelarutannya dalam solvent pada temperature dan tekanan tertentu. Pada kondisi ini larutan berada dalam keadaan tidak seimbang, dalam waktu lama atau dengan penambahan sedikit saja energy cenderung akan menjadi stabil dengan terjadinya pengendapan, sehingga larutan menjadi larutan jenuh. 3
Solid solution ada dua macam yaitu, 1. Substitution solid solution 2. Interstitial solid solution Aturan fasa mengatur hubungan antara jumlah komponen (C), jumlah fasa (P) dan derajad kebebasan suatu sistem (F). Konstruksi diagram fase dan kondisi kesetimbangan fase mengikuti hukum termodinamika. J.W. Gibbs memberikan formula yang disebut hukum fase Gibbs (aturan fasa): Misal : sistem Cu Ag (Gb. 9.6) Tekanan konstan N = 1 (hanya temperatur variabel non komposisi) P + F = 2+1= 3 F = 3 P Jika fasenya = fase tunggal (αatau βatau γ) sehingga P = 1 F = 3 1 = 2 Jadi F = 2 Artinya bahwa menerangkan karakteristik paduan mempunyai fase tunggal, kitaharus menentukan 2 parameter yaitu komposisi dan temperatur. Kesetimbangan fasa dari suatu sistem harus memenuhi syarat berikut : a. Sistem mempunyai lebih dari satu fasa meskipun materinya sama b. Terjadi perpindahan reversibel ruangkimia dari satu fasa ke fasa lain c. Seluruh bagian sistem mempunyai tekanan dan temperatur sama 4
Diagram fasa idealnya menggambarkan hubungan antara komposisi fasa dan temperatur pada kondisi kesetimbangan yaitu suatu kondisi yang tidak terjadi perubahan yang tergantung pada waktu. Kondisi kesetimbangan biasanya didekati dengan kondisi pemanasan atau pendinginan yang sangat lambat, sehingga bila ada perubahan fasa yang harus terjadi akan ada waktu yang cukup untuk mencapai kondisi kesetimbangan. Diagram kesetimbangan fase menggambarkan hubungan antara temperatur dan komposisi dan kuantitas fase-fase pada kesetimbangan. Diagram fase berdasarkan jumlah komponen ada 2macam, yaitu: 1. Diagram fase yang terdiri dari paduan dua komponen dinamakan diagram fase binary 2. Diagram fase yang terdiri dari paduan tiga komponen dinamakan diagram fase tinery. Pada keadaan padat kemungkinan sudah tidak terjadi lagi perubahan fase, tetapi pada beberapa system paduan dapat terjadi transformasi padat-padat, antara lain : 1. Transformasi allotropic 2. Reaksi eutectoid 3. Reaksi peritektoid Klasifikasi Diagram Kesetimbangan Fasa 1. Larut sempurna dalam keadaan cair dan padat. 2. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan padat(reaksi eutektik). 3. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan padat(reaksi eutektik). 4. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan padat(reaksi peritektik). 5. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan padat dan membentuk senyawa. 6. Larut sebagian dalam keadaan cair(reaksi monotektik). 7.Tidak larut dalam keadaan cair maupun padat. 5